(57)【要約】【課題】耐焼付き性や低い摩擦係数を示すとともに圧縮機用途に優れた摺動部品の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法は、成膜炉と、少なくとも炭素からなる炭素ターゲット１１と、硫化物からなる硫化物ターゲット１２，１４と、金属原子を含む金属ターゲット１３と、を成膜炉内でリング状に配列するターゲット固定手段１０と、部品本体（Ａ、Ｂ）を保持するとともに部品本体を移動させて部品本体と対向するターゲット１１〜１４を連続的に変更する部品保持手段２０と、少なくともターゲット固定手段１０に結線されターゲット１１〜１４を放電させる電源装置と、を具備するスパッタリング装置を用い、電源装置を操作してターゲット１１〜１４を放電させるとともに部品保持手段１０により部品本体を移動させて、非晶質炭素と前記硫化物を構成する原子と金属原子とを部品本体の表面に微視的かつ周期的に順次堆積させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機内で摺動運動を行う圧縮機用摺動部品の製造方法であって、
成膜炉と、
少なくとも炭素からなる炭素ターゲットと、硫化物からなる硫化物ターゲットと、金属原子を含む金属ターゲットと、を前記成膜炉内でリング状に配列するターゲット固定手段と、
部品本体を保持するとともに該部品本体を移動させて該部品本体と対向する前記ターゲットの種類を連続的に変更する部品保持手段と、
少なくとも前記ターゲット固定手段に結線され前記各ターゲットを放電させる電源装置と、
を具備するスパッタリング装置を用い、
前記電源装置を操作して前記各ターゲットを放電させるとともに前記部品保持手段により前記部品本体を移動させて、非晶質炭素と前記硫化物を構成する原子と前記金属原子とを該部品本体の摺動面側に微視的かつ周期的に順次堆積させて低摩擦複合膜を成膜することを特徴とする圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項２】
前記部品保持手段は、非晶質炭素が堆積しはじめた位置から次に非晶質炭素が堆積しはじめるまでの厚さが０．５〜２０ｎｍとなるように前記部品本体を移動させる請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項３】
前記ターゲット固定手段には、全ての前記ターゲットの放電面が内側を向くように該ターゲットが配列され、
前記部品保持手段により、該ターゲット固定手段の内側で前記部品本体を保持するとともに該部品本体を自転および／または該ターゲット固定手段の中央部に対して公転させる請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項４】
前記ターゲット固定手段は、炭素ターゲット、第１硫化物ターゲット、金属ターゲット、第２硫化物ターゲット、を順に配列する請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項５】
前記低摩擦複合膜は、全体を１００ａｔ％としたときに炭素を２０〜８０ａｔ％含み、残部が主として前記金属原子と前記硫化物とからなり、該金属原子を該硫化物に対して５〜２０ａｔ％含有する請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項６】
前記硫化物は、二硫化モリブデンおよび／または二硫化タングステンである請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項７】
前記金属原子は、周期律表の第IVａ族〜第VIａ族に属する元素のうち少なくとも１種からなる請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項８】
前記金属原子は、チタン（Ｔｉ）および／またはクロム（Ｃｒ）である請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項９】
前記部品本体は、斜板式圧縮機の斜板である請求項１〜８のいずれかに記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項１０】
前記ターゲット固定手段には、全ての前記ターゲットの放電面が内側を向くように該ターゲットが配列され、
前記斜板は、前記部品保持手段により該ターゲット固定手段の中央部に対して公転することで該斜板の摺動面が該ターゲットのそれぞれの放電面と順次対面する請求項９記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項１１】
前記ターゲット固定手段には、全ての前記ターゲットの放電面が内側を向くように該ターゲットが配列され、
前記斜板は、前記部品保持手段により該斜板の摺動面が該ターゲットの放電面に対して垂直となるように保持されるとともに該ターゲット固定手段の中央部に対して公転しつつ該斜板の周方向に自転する請求項９記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項１２】
前記スパッタリング装置は、前記ターゲットがそれぞれ載置される複数のマグネトロンを有するマグネトロンスパッタリング装置である請求項１記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項１３】
前記マグネトロンスパッタリング装置は、前記マグネトロンが互いに異なる極性である内側極と外側極を有し、該外側極が互いに異なる極性となるように複数の該マグネトロンがリング状に配設されたクローズドフィールドアンバランストマグネトロンスパッタリング装置である請求項１２記載の圧縮機用摺動部品の製造方法。
【請求項１４】
圧縮機内で摺動運動を行う圧縮機用摺動部品であって、
成膜炉と、
少なくとも炭素からなる炭素ターゲットと、硫化物からなる硫化物ターゲットと、金属原子を含む金属ターゲットと、を前記成膜炉内でリング状に配列するターゲット固定手段と、
部品本体を保持するとともに該部品本体を移動させて該部品本体と対向する前記ターゲットの種類を連続的に変更する部品保持手段と、
少なくとも前記ターゲット固定手段に結線され前記各ターゲットを放電させる電源装置と、
を具備するスパッタリング装置を用い、
前記電源装置を操作して前記各ターゲットを放電させるとともに前記部品保持手段により前記部品本体を移動させて、非晶質炭素と前記硫化物を構成する原子と前記金属原子とを該部品本体の少なくとも摺動面側に微視的かつ周期的に順次堆積させてなることを特徴とする圧縮機用摺動部品。
【請求項１５】
前記部品本体の堆積物は、非晶質炭素が堆積しはじめた位置から次に非晶質炭素が堆積しはじめるまでの厚さが０．５〜２０ｎｍである請求項１４記載の圧縮機用摺動部品。
【請求項１６】
前記部品本体の堆積物は、全体を１００ａｔ％としたときに炭素を２０〜８０ａｔ％含み、残部が主として前記金属原子と前記硫化物とからなり、該金属原子を該硫化物に対して５〜２０ａｔ％含有する低摩擦複合膜である請求項１４記載の圧縮機用摺動部品。
【請求項１７】
前記硫化物は、二硫化モリブデンおよび／または二硫化タングステンである請求項１４記載の圧縮機用摺動部品。
【請求項１８】
前記金属原子は、周期律表の第IVａ族〜第VIａ族に属する元素のうち少なくとも１種からなる請求項１４記載の圧縮機用摺動部品。
【請求項１９】
前記金属原子は、チタン（Ｔｉ）および／またはクロム（Ｃｒ）である請求項１４記載の圧縮機用摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種摺動部品に形成される摺動層として有効な低摩擦係数を示す複合膜をもつ圧縮機用摺動部品の製造方法および摺動層として複合膜を有する圧縮機用摺動部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機内で摺動運動を行う圧縮機用摺動部品は、一般に、金属製の部品本体と、その摺動面側に形成された摺動層と、からなり、摺動層により摺動部品の摺動性を向上させている。多くの場合、摺動層として、真空蒸着等により形成された固体潤滑材からなる被膜や、固体潤滑材を保持する樹脂層が形成される。ところが、樹脂層は固体潤滑材の含有量に限界があるため、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）膜などの固体潤滑材からなる被膜の他、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜と呼ばれる非晶質炭素膜も、摺動面の摺動性を高める被膜として利用されている。これらの被膜の摺動特性をさらに向上させるため、膜組成や成膜方法について種々の研究がなされている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、ＤＬＣからなる第１層と鉄を主成分とする第２層とを部品本体の表面に交互に積層した低摩擦炭素薄膜が開示されている。また、特許文献２には、タングステンを含むＤＬＣ膜を最表面にもつ多層膜からなる耐摩耗性機械部品が開示されている。また、特許文献３では、二硫化モリブデン粉末とチタンを含む粉末とからなる混合粉末を原料として用いた蒸着により、部品本体の表面にＭｏＳ２／Ｔｉ複合膜を製造している。さらに、非特許文献１では、ＭｏＳ２とＷＳ２と炭素を交互に積層させたＭｏＳ２／ＷＳ２／Ｃ潤滑積層膜が開示されている。
【０００４】
ところが、固体潤滑材からなる被膜であるＭｏＳ２／Ｔｉ複合膜は低摩擦係数を示す一方、摺動条件によっては相手材への移着が発生し、低面圧・低摺動速度であっても長時間の摺動後に焼付きに至ることがある。また、ＤＬＣ膜は優れた耐焼付き性を示すが、組成や製法によっては、ＭｏＳ２膜に比べて摩擦係数が大きくなるため、摺動面で発熱して摺動性が低下することがある。
【特許文献１】特開２０００−３２０６７３号公報
【特許文献２】特開２００３−１７１７５８号公報
【特許文献３】特開２００３−１２９２１９号公報
【非特許文献１】「トライボロジスト」第４９巻、第１１号（２００４）８９４−９００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、上記問題点に鑑み、ＤＬＣとＭｏＳ２とＴｉとを微視的に交互に堆積させることにより、ＤＬＣ膜およびＭｏＳ２／Ｔｉ複合膜のそれぞれの優れた特性が発現する複合膜が得られることに想到した。
【０００６】
すなわち、本発明は、低い摩擦係数を示すとともに耐焼付き性に優れた圧縮機用摺動部品の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法により得られる圧縮機用摺動部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法は、圧縮機内で摺動運動を行う圧縮機用摺動部品の製造方法であって、
成膜炉と、
少なくとも炭素からなる炭素ターゲットと、硫化物からなる硫化物ターゲットと、金属原子を含む金属ターゲットと、を前記成膜炉内でリング状に配列するターゲット固定手段と、
部品本体を保持するとともに該部品本体を移動させて該部品本体と対向する前記ターゲットの種類を連続的に変更する部品保持手段と、
少なくとも前記ターゲット固定手段に結線され前記各ターゲットを放電させる電源装置と、
を具備するスパッタリング装置を用い、
前記電源装置を操作して前記各ターゲットを放電させるとともに前記部品保持手段により前記部品本体を移動させて、非晶質炭素と前記硫化物を構成する原子と前記金属原子とを該部品本体の摺動面側に微視的かつ周期的に順次堆積させて低摩擦複合膜を成膜することを特徴とする。
【０００８】
前記部品保持手段は、非晶質炭素が堆積しはじめた位置から次に非晶質炭素が堆積しはじめるまでの厚さが０．５〜２０ｎｍとなるように前記部品本体を移動させるのが望ましい。
【０００９】
前記低摩擦複合膜は、全体を１００ａｔ％としたときに炭素を２０〜８０ａｔ％含み、残部が主として前記金属原子と前記硫化物とからなり、該金属原子を該硫化物に対して５〜２０ａｔ％含有するのが好ましい。また、前記硫化物は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）および／または二硫化タングステン（ＷＳ２）であるのが好ましく、金属原子は、周期律表の第IVａ族〜第VIａ族に属する元素のうち少なくとも１種からなる、なかでも、チタン（Ｔｉ）および／またはクロム（Ｃｒ）であるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の圧縮機用摺動部品は、上記スパッタリング装置を用い、非晶質炭素と前記硫化物を構成する原子と前記金属原子とを該部品本体の少なくとも摺動面側に微視的かつ周期的に順次堆積させてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法では、スパッタリング装置を用いた成膜において、圧縮機用摺動部品の部品本体と対向するターゲットの種類（具体的には、炭素ターゲット、硫化物ターゲット、金属ターゲット、等）を連続的に変更することで、非晶質炭素と硫化物を構成する原子（分子状態の硫化物を含む）と金属原子とを部品本体の表面に微視的かつ周期的に順次堆積させる。このようにして得られる低摩擦複合膜は、巨視的に、炭素、硫化物を構成する原子および金属原子が均一に分散した複合膜である。
【００１２】
そして、この複合膜は、硫化物がもつ低摩擦係数と、非晶質炭素がもつ耐焼付き性と、の双方に優れる。そのため、この複合膜を部品本体の摺動面側に有する本発明の圧縮機用摺動部品は、摺動性に優れる。
【００１３】
また、非晶質炭素と硫化物と金属原子とを「微視的かつ周期的に順次堆積させる」とは、たとえば、中間層や表層などというように、はっきりとした複数の層に分かれているのではなく、極薄い層が何層にもなって繰り返し積層する状態である。各層は、ナノメートルスケールの厚さで成膜される。具体的には、非晶質炭素が堆積しはじめた位置から次に非晶質炭素が堆積しはじめるまでの厚さ（すなわち一周期分の厚さ）が０．５〜２０ｎｍとなるような堆積速度で成膜を行えばよい。
【００１４】
本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法によって得られる複合膜が、全体を１００ａｔ％としたときに炭素を２０〜８０ａｔ％含み、残部が主として金属原子と硫化物とからなり、金属原子は硫化物に対して５〜２０ａｔ％含有すれば、硫化物がもつ低摩擦係数と、非晶質炭素がもつ耐焼付き性と、の両者の性質が良好に発現するため好ましい。特に、硫化物が、潤滑性に優れたＭｏＳ２および／またはＷＳ２であれば、さらには、金属原子がＴｉおよび／またはＣｒであれば、厳しい条件で使用される圧縮機であっても摺動部品の摩擦係数が小さく抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法および圧縮機用摺動部品を実施するための最良の形態を、図１を用いて説明する。
【００１６】
本発明は、圧縮機内で摺動運動を行う圧縮機用摺動部品に関するものであるが、「圧縮機用摺動部品」は、圧縮機内で摺動運動を行う複数の摺動部品のうちの少なくとも１つであればよい。圧縮機は、斜板式やワッブル式、両頭型や片頭型、可変容量型や固定容量型、等いずれの形態であってもよい。摺動部品は、斜板式圧縮機の斜板およびシュー、駆動軸または駆動軸を支持する軸受、ピストン式圧縮機のピストン、等の素地表面（部品本体の表面）に、以下に詳説する低摩擦複合膜が成膜されたものである。
【００１７】
本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法は、成膜炉と、複数のターゲットを成膜炉内にリング状に配列するターゲット固定手段と、部品本体を保持するとともに部品本体を移動可能な部品保持手段と、各ターゲットを放電させる電源装置と、を具備するスパッタリング装置を用いて、低摩擦複合膜の成膜が行われる。
【００１８】
スパッタリング装置は、成膜炉に配置され、主として高電圧を印可したターゲットからなる陰極および部品本体を保持する陽極で構成される一般的なスパッタリング装置と基本的な構成は同様である。ただし、本発明では、ターゲットとして、少なくとも、炭素からなる炭素ターゲットと、硫化物からなる硫化物ターゲットと、金属原子を含む金属ターゲットと、を用い、部品本体を移動可能とした。
【００１９】
成膜炉は、一般に各種成膜装置に用いられる成膜炉であれば、形状や材質に特に限定はない。たとえば、円筒形状部を有する成膜炉のほか、断面方形状の成膜炉であってもよいが、本発明では複数のターゲットがリング状に配列されるため、成膜炉本体が円筒形上部を有するのが望ましい。成膜炉には、成膜炉内を排気できる真空系や処理ガスを供給するガス供給手段が配設されるとよい。真空系は、ロータリーポンプ等を有し、配管により成膜炉と連通する。また、ガス供給手段は、ノズル等により成膜炉内に処理ガスを導入する。
【００２０】
ターゲット固定手段は、少なくとも炭素からなる炭素ターゲットと、硫化物からなる硫化物ターゲットと、金属原子を含む金属ターゲットと、を成膜炉内に固定する。ターゲットは、少なくとも、炭素ターゲット、所望の硫化物からなる硫化物ターゲット、所望の金属原子を含む金属ターゲット、からなる３つのターゲットを用いればよいが、それぞれのターゲットを複数個用いてもよい。たとえば、炭素ターゲットを２つ以上用いてもよいし、異なる硫化物、異なる金属原子を含む複数のターゲットを準備してもよい。また、金属ターゲットは、所望の金属を含むターゲットであれば特に限定はなく、所望の金属からなる合金ターゲットであってもよい。
【００２１】
複数のターゲットは、成膜炉内にリング状に配列される。ターゲットは、リング状に配列されていればよいが、隣接するターゲットが等間隔となるように配列されるとよい。配列されるリング形状は、円環状でもよいし、矩形環状でもよい。ターゲットの配列の一例を図１に示す。図１は、本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法に用いられるスパッタリング装置の一例であって、装置の主要部を示す説明図である。なお、図１は、リング状に配列されたターゲットを軸方向から見た図である。図１では、複数（４つ）のターゲット１１〜１４は、その全ての放電面が中心部（リングの内側）を向くように固定されているが、遠心方向（リングの外側）に向くようにしてもよい。また、ターゲットは、全てのターゲットの放電面が上向きまたは下向きとなるように固定されてもよい。
【００２２】
また、各ターゲットがそれぞれ載置される複数のマグネトロンを有するのが望ましい。ターゲットの裏面へのマグネトロンの設置により、ターゲットの表面（放電面）に平行な磁界が発生するため、ターゲットが放電する際のプラズマのイオン化が促進される（マグネトロンスパッタリング法）。この際、特に、マグネトロンが互いに異なる極性である内側極と外側極を有し、外側極が互いに異なる極性となるように複数のマグネトロン１６〜１９がリング状に配置されるのが望ましい（図１参照）。この構成により、マグネトロンの磁力線は連続的なバリヤーを形成する（図１の点線参照）ため、拡散するプラズマが捕捉される。その結果、緻密で密着性の高い被膜を形成することができる（クローズドフィールドアンバランストマグネトロンスパッタリング（ＣＦＵＢＭＳ）法）。また、部品本体に電場を印加する電場手段を有してもよい。
【００２３】
部品保持手段は、部品本体を保持しつつ移動させる。部品保持手段は、部品本体を保持することができ、その部品本体を移動させることができれば、その形態に特に限定はない。ターゲットの配列や部品本体の形状に応じて、適宜選択すればよい。たとえば、図１に示すように、各ターゲット１１〜１４の放電面がターゲット固定手段１０により内側を向いて配列されている場合には、部品保持手段２０は、ターゲット固定手段１０の内側で部品本体を保持するのが望ましい。また、各ターゲットの放電面がターゲット固定手段により外側を向いて配列されている場合には、ターゲット固定手段の外側で部品本体を保持すればよく、全てのターゲットの放電面が上向きまたは下向きとなるように固定されていれば、その上側または下側に部品本体を保持すればよい。
【００２４】
部品保持手段は、上記のように部品本体を保持するとともに部品本体を自転および／またはターゲット固定手段の中央部に対して公転させるのが望ましい。部品本体を自転させるか公転させるかは、部品本体の形状や成膜部位に応じて、部品本体と対向するターゲットの種類を連続的に変更できるように適宜決定すればよい。たとえば、各ターゲットの放電面がターゲット固定手段により内側を向いて配列されている場合には、部品本体をターゲット固定手段の中央部（すなわち成膜炉の中央部）に保持するとともに自転させることで、部品本体の側面上のある位置と対面するターゲットの種類が経時的に変更される。また、主として部品本体の一面にのみ成膜する場合には、被成膜面がターゲットのそれぞれの放電面と順次対面するように、部品本体を公転させればよい。さらに、他の面にも成膜するのであれば、部品本体を公転させつつ自転させればよい。また、各ターゲットの放電面がターゲット固定手段により外側を向いて配列されている場合であっても同様である。なお、部品本体を公転させる場合には、公転の軌跡上に複数の部品本体を配置する（図１の配置Ａおよび配置Ｂ参照）ことで、一度の成膜で複数の部品本体を処理することも可能である。
【００２５】
また、部品本体が平板状であって被成膜面が主として厚さ方向に垂直に延びる面のうちの一方の面であれば、被成膜面がターゲットの放電面と対面して保持されるとよい。部品本体がターゲット固定手段の中央部に対して公転されることで、被成膜面は各ターゲットの放電面と順次対面する（図１の配置Ａおよび矢印ａ参照）。また、部品本体が平板状であって被成膜面が主として厚さ方向に垂直に延びる表裏面であれば、被成膜面がターゲットの放電面に対して垂直となるように保持されるとよい。部品本体が自転、または、部品本体がターゲット固定手段の中央部に対して公転しつつ自転する（図１の配置Ｂおよび矢印ａ，ｂ参照）ことで、部品本体の大きさにもよるが、被成膜面全体に成膜が可能である。また、平板状の部品本体の表裏面を一度に処理することが可能となるため、複数の平板部品本体を厚さ方向に間隔を隔てて積層した状態で部品本体を配置すれば、さらに多量の部品本体を一度に処理することができる。
【００２６】
なお、部品本体は、その材質や形状に特に限定はなく、材質や形状は摺動部品の種類による。部品本体が金属製であれば、鉄、アルミニウム、銅およびマグネシウムのうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。たとえば、合金であれば、鋼や、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｎ等を含むアルミニウム合金、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｎ等を含む銅合金などが好ましい。また、部品本体の表面に、中間層としてメッキ処理、溶射処理、陽極酸化処理または化成処理や、ショットブラスト、エッチング等の粗面形成処理などの表面処理がされていてもよい。これらの表面処理がされている場合には、部品本体と摺動層との密着性を向上させることができる。
【００２７】
本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法は、以上詳説したスパッタリング装置を用いる。成膜の際には、はじめに、成膜炉を５×１０−３〜５×１０−４Ｐａ程度まで排気し、その後、アルゴンガス等の希ガスを導入する。電源装置により、たとえばマイナスの電圧をターゲット固定手段（ターゲット）に印可することにより、ターゲットをプラズマ放電させる。プラズマ放電で発生した希ガスイオンは、電界で加速され、希ガスイオンの衝突でターゲット表面の原子や分子がはじき出される（スパッタリング）。この原子や分子が部品本体（たとえば、アース）に堆積することにより、成膜される。そして、上記スパッタリング装置を用いれば、部品保持手段により部品本体が移動して対向するターゲットの種類が連続的に変更されるため、部品本体の表面に、炭素、硫化物を構成する原子、金属原子が部品本体の表面に周期的に順次堆積される。
【００２８】
たとえば、ターゲット固定手段が、炭素ターゲット、第１硫化物ターゲット、金属ターゲット、第２硫化物ターゲット、を順にリング状に配列する場合には、部品本体が自転および／または公転することで、…炭素→硫化物を構成する原子→金属原子→硫化物を構成する原子→炭素→硫化物を構成する原子→金属原子→硫化物を構成する原子…の順に周期的に部品本体表面に順に堆積される。この際、極薄い層がナノメートルスケールの厚さで何層にもなって繰り返し積層するように部品保持手段により部品本体を移動させることにより、非晶質炭素と硫化物を構成する原子（分子状態の硫化物を含む）と金属原子とが部品本体の表面に微視的かつ周期的に順次堆積されることとなる。なお、「第１硫化物ターゲット」と「第２硫化物ターゲット」とは、ターゲットの組成が同一であっても異なってもよい。
【００２９】
さらに、硫化物ターゲットと金属ターゲットとが隣接して固定される場合、すなわち、硫化物を構成する原子と金属原子とが隣接して堆積する場合には、成膜中のエネルギー（たとえば部品本体温度の上昇）により金属原子が硫化物へと容易に拡散する。その結果、硫化物と金属原子とが複合化する。このようにして、硫化物と金属原子とが拡散により複合化すること、また、堆積して形成される各層が極薄い層であることから、巨視的に、炭素、硫化物を構成する原子および金属原子が均一に分散した低摩擦複合膜が得られる。
【００３０】
以上のようにして得られた低摩擦複合膜では、硫化物と金属原子とが複合化した膜がもつ低摩擦係数と、非晶質炭素層がもつ耐焼付き性と、が良好に発現される。これは、非晶質炭素、硫化物を構成する原子、金属原子、から構成される各層が、ナノメートルスケールの厚さで成膜された極薄い層として何層にもなって繰り返し積層され、複合化されているからである。
【００３１】
なお、低摩擦複合膜は、非晶質炭素が堆積しはじめた位置から次に非晶質炭素が堆積しはじめるまでの厚さが０．５〜２０ｎｍとなる堆積速度となるよう、部品本体の移動速度や印可電圧などを調整することで、成膜を行うのが望ましい。なお、「非晶質炭素が堆積しはじめた位置から次に非晶質炭素が堆積しはじめるまでの厚さ」とは、周期的に堆積された複合膜の一周期分の厚さを意味する。そのため、１つの成膜炉内で炭素ターゲットを２つ用いることにより一周期のうちに非晶質炭素が２度堆積される場合には、炭素ターゲットの放電により非晶質炭素が堆積しはじめた位置から次に同じ炭素ターゲットにより非晶質炭素が堆積しはじめるまでの厚さに相当する。この際、一周期は、３〜６層から構成されるとよい。一周期の厚さが薄いほど良好に複合化された膜が得られ、耐摩耗性が向上する。そのため、一周期分の厚さは、０．５〜５ｎｍであればさらに望ましい。そして、最終的に得られる低摩擦複合膜の厚さは、１〜３μｍであるのが好ましい。
【００３２】
また、低摩擦複合膜は、全体を１００ａｔ％としたときに炭素を２０〜８０ａｔ％含み、残部が主として金属原子と硫化物とからなるのが好ましい。炭素量が２０ａｔ％以上であれば、優れた耐摩耗性とともに低摩擦を示す。さらには、耐凝着性も良好となる。炭素量が８０ａｔ％を超えると、硫化物のもつ低摩擦の効果が低減されるため好ましくない。さらに好ましい炭素量は、２０〜６０ａｔ％である。
【００３３】
また、金属原子は、硫化物に対して５〜２０ａｔ％の割合で含まれるのが好ましい。金属原子量が５〜２０ａｔ％であれば、金属原子と硫化物とが複合化した層は、摩擦係数が小さく、優れた摺動特性を示す。その結果、低摩擦複合膜の摺動特性は、向上する。さらに、低摩擦複合膜中では、金属原子の存在により、膜中での硫化物クラスターの動きが抑制されるため、膜の硬度が向上する。さらに好ましい金属原子の含有量は、硫化物に対して８〜１２ａｔ％である。
【００３４】
低摩擦複合膜において、非晶質炭素層は、炭素原子のみからなる層の他、シリコン（Ｓｉ）やタングステン（Ｗ）などの他の元素が添加された非晶質炭素層であってもよい。また、硫化物は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）および／または二硫化タングステン（ＭｏＷ２）であるのが好ましい。金属原子は、周期律表の第IVａ族〜第VIａ族に属する元素のうち少なくとも１種からなるのが好ましく、特に好ましくは、チタン（Ｔｉ）および／またはクロム（Ｃｒ）である。ＭｏＳ２やＭｏＷ２とＴｉやＣｒとが複合化した層は、摩擦係数が小さく、優れた摺動特性を示す。
【００３５】
低摩擦複合膜の組成は、ターゲットの種類や印可電圧などによって決定される。たとえば、硫化物ターゲットとしてＭｏＳ２からなるターゲットを複数個用いて膜中のＭｏＳ２量を増加させてもよいし、そのうちの１つをＷＳ２ターゲットに変更してもよい。
【００３６】
本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法により堆積物として得られる低摩擦複合膜は、以上詳説したように、優れた摺動特性を発現する。すなわち、本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法は、少なくとも部品本体の摺動面側に低摩擦複合膜をもつ圧縮機用摺動部品としてとらえることができる。低摩擦複合膜が成膜される部品本体は、特に、斜板式圧縮機の斜板であるのが好ましい。部品本体が斜板であれば、平板状の部品本体を配置する場合（前述）と同様にして斜板を炉室内に配置して移動させることで、良好な成膜が行える。
【００３７】
以上、本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法および圧縮機用摺動部品の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明の摺動部品の実施例を比較例とともに、表１、表２および図１〜図９を用いて説明する。
【００３９】
［実施例１］
部品本体として斜板式圧縮機の斜板（鋳鉄（ＦＣＤ６００：φ９７ｍｍ×６ｍｍ）、表面粗さ：０．１〜０．２μｍＲａ（ＪＩＳ））および方形平板（炭素鋼（Ｓ４５Ｃ：３０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍ）、表面粗さ：０．１〜０．２μｍＲａ（ＪＩＳ））を準備した。以下の手順により、斜板と方形平板の摺動面側に、ＣＦＵＢＭＳ法により低摩擦複合膜を成膜した。
【００４０】
なお、ＣＦＵＢＭＳ装置には、Teer Coatings Limited 社製ＵＤＰ５５０／４を用いた。装置の概要を図１を用いて説明する。本装置は、図示しないチャンバー内に、１個の黒鉛ターゲット１１と、黒鉛ターゲット１１と対向する１個のチタン（Ｔｉ）ターゲット１３と、互いに対向する２個の二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）ターゲット１２、１４を有する。４個のターゲットは、ターゲット固定手段１０により、それらの放電面が全て内側を向くように、リング状に配列されている。４個のターゲットは、黒鉛ターゲット１１、ＭｏＳ２ターゲット１２、Ｔｉターゲット１３、ＭｏＳ２ターゲット１４、の順に、マグネトロン１６〜１９に載置された状態でターゲット固定手段１０に固定されている。マグネトロン１６〜１９は、隣接するマグネトロンが異なる極性を有するため、閉鎖磁界（図１の点線参照）を形成する。また、ターゲット１１〜１４は、図示しない電源装置により、それぞれ独立に作動させて放電させることができる。もちろん、同時に放電させることも可能である。部品本体は、部品保持手段２０により、装置の中央部に保持される。部品保持手段２０は、それ自体が矢印ａ方向に自転することにより、保持された部品本体Ａおよび部品本体Ｂ（配置Ａおよび配置Ｂ）を公転させる回転手段を有する。また、部品保持手段２０に保持されたそれぞれの部品本体Ｂを矢印ｂ方向（斜板であれば、その周方向）に自転させる回転手段を併せて有する。
【００４１】
成膜装置のチャンバー内に部品本体を載置した。部品本体の被成膜面がターゲット１１〜１４の放電面に対して対面するように固定された部品本体を部品本体Ａ、被成膜面がターゲット１１〜１４の放電面に対して垂直に固定された部品本体を部品本体Ｂ、とした。成膜炉内を到達真空度が１×１０−３Ｐａまで排気した。つぎに、チャンバー内にアルゴンガスを供給し、成膜前の前処理としてイオンボンバード処理を行い、部品本体の表面をエッチングした。イオンボンバード処理の後、チャンバー内の真空度を０．５Ｐａに調整した。そして、Ｔｉターゲット１３のみをグロー放電させ、０．１μｍのＴｉ膜（中間層）を成膜した。
【００４２】
その後、ターゲット１１〜１４をグロー放電させ、部品保持手段２０を４ｒｐｍで矢印ａ方向に回転させて部品本体を移動させた。さらに、部品本体Ｂに関しては、１２ｒｐｍで矢印ｂ方向に回転させた。部品保持手段２０の回転速度を４ｒｐｍとすることで、ターゲット１１により非晶質炭素が基板Ａの表面に堆積しはじめた位置から次の非晶質炭素が堆積されるまでの厚さを２．５ｎｍとする（以下、「２．５ｎｍピッチ」と略記）ことができる。また、ターゲットに供給される電力を調整することで、膜組成が、Ｃ：５０ａｔ％、Ｔｉ：５ａｔ％、ＭｏＳ２：４５ａｔ％となるように調整した。
【００４３】
部品本体Ａの位置では、１２０分間の放電により１．７μｍの低摩擦複合膜Ｆ−１をもつ摺動部品１が得られた。なお、部品本体Ｂの位置においても、部品本体の表面に低摩擦複合膜が成膜された。
【００４４】
［実施例２］
部品本体に対して−４０Ｖのバイアス電圧を印可した他は、実施例１と同様にして、部品本体の表面に低摩擦複合膜Ｆ−２をもつ摺動部品２を作製した。
【００４５】
［実施例３］
Ｔｉターゲット１３をクロム（Ｃｒ）ターゲットに変更した他は、実施例１と同様にして、部品本体の表面に低摩擦複合膜Ｆ−３をもつ摺動部品３を作製した。
【００４６】
［実施例４］
部品保持手段２０の回転を８ｒｐｍ（１．２５ｎｍピッチ）に変更した他は、実施例３と同様にして、部品本体の表面に低摩擦複合膜Ｆ−４をもつ摺動部品４を作製した。
【００４７】
［実施例５］
部品保持手段２０の回転を８ｒｐｍに変更した他は、実施例１と同様にして、部品本体の表面に低摩擦複合膜Ｆ−５をもつ摺動部品５を作製した。
【００４８】
［評価］
［１］単体摺動評価装置を用いた評価
摺動部品１および４について、神鋼造機株式会社製単体摺動評価装置を用い、摺動試験を行った。試験では、摺動部品１および４として摺接面に低摩擦複合膜Ｆ−１、Ｆ−４をもつ斜板（それぞれ「斜板１」「斜板４」とする）と、相手材としてアルミニウム合金製で摺接面にＮｉ−Ｐ−Ｂメッキを施したシュー（φ１５．４ｍｍ×６．５ｍｍ）と、を互いに無潤滑で摺動させた。摺動試験は、回転速度を１９６０ｒｐｍ、荷重を２０ＭＰａとして、５０秒間行った。また、比較例として、非晶質炭素膜（黒鉛ターゲットとＣｒターゲットを使用して成膜）を成膜した斜板Ｃ、ＭｏＳ２／Ｔｉ複合膜（ＴｉターゲットとＭｏＳ２ターゲットを使用して成膜）を成膜した斜板Ｍ、を準備し同様の試験を行った。試験時間に対する摩擦トルクの変化を図２に示す。また、試験後の斜板およびシューの摺動面を撮影した図面代用写真を図３〜図６に示す。
【００４９】
斜板１、斜板４および斜板Ｍを用いた試験では、摩擦トルクに大きな変動は見られず、摩擦係数は小さかった。一方、非晶質炭素膜を有する斜板Ｃでは、摩擦係数が大きかったため、摩擦トルクが増大して試験中に摺動が停止した（図２）。また、斜板Ｍでは、試験終了後のシューの摺接面に、ＭｏＳ２／Ｔｉ複合膜が移着しているのが目視で確認された（図６）。一方、斜板１および斜板４では、シューの摺接面に大きな変化は見られなかった（図３および図４）が、斜板４とシューの摺接面に僅かな摩耗が生じた（図４の拡大写真参照）。そこで、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により、シューの摺接面を定性分析したところ、斜板４と摺動したシューには微量のＭｏ、Ｓ、Ｃｒが確認されたが、斜板１と摺動したシューでは検出されなかった。すなわち、斜板１および斜板４は、移着が生じ難く、耐焼付き性に優れる摺動部品であった。
【００５０】
なお、斜板Ｃでは、非晶質炭素膜の摩耗粉が発生してシューへ移着しているのが確認された（図５）。ただし、この摩耗粉は、超音波洗浄により大部分が除去可能であった。
【００５１】
［２］ボール・オン・ディスク試験による評価Ｉ
ボール・オン・ディスク試験により、摩擦係数および低摩擦複合膜の摩耗率を測定した。ボール・オン・ディスク試験では、摺動部品１〜５として摺接面に低摩擦複合膜Ｆ−１〜Ｆ−５をもつ方形平板である平板試験片（それぞれ「平板１」〜「平板５」とする）と、直径５ｍｍの円柱状で一端に摺接面としてＷＣ−Ｃｏ６at％コートされた半球面をもつピン型試験片と、を互いに無潤滑で摺動させた。試験は、平板試験片の摺接面にピン型試験片を荷重１kgｆまたは３．８kgｆで押圧した状態で、ピン型試験片を線スピード２００ｍｍ／秒で往復動させて行った。また、［１］と同様に、比較例として、非晶質炭素膜を成膜した平板Ｃ、ＭｏＳ２／Ｔｉ複合膜を成膜した平板Ｍ、を準備し同様の試験を行った。荷重１kgｆでの摩擦係数および各荷重での平板試験片の摩耗率を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2007217768.tif 000003
【００５３】
平板Ｃは、耐摩耗性に優れる反面、摩擦係数が高かった。一方、平板１〜５および平板Ｍは、摩擦係数が０．０４以下で小さく、優れた摺動性を示した。なかでも、低摩擦複合膜における金属原子をＣｒとした平板３（複合膜Ｆ−３）平板４（複合膜Ｆ−４）では、摩擦係数が大幅に低減（０．０１６）された。また、部品本体の回転速度を速くして作製した平板４および５（複合膜Ｆ−４およびＦ−５、１．２５ｎｍピッチ）では、優れた耐摩耗性を示した。一方、部品本体にバイアス電圧を印可した平板２（複合膜Ｆ−２）では、平板１よりも摩擦係数は小さかったものの、耐摩耗性が低下した。電圧の印可により複合膜が脆化したと推測される。
【００５４】
［３］ボール・オン・ディスク試験による評価II
上記のボール・オン・ディスク試験により、下記実施例６の方法で方形平板に成膜された低摩擦複合膜の摩耗率を測定した。また、比較例として、ＭｏＳ２／Ｔｉ複合膜を成膜した上記平板Ｍ、および、ＭｏＳ２膜（ＭｏＳ２ターゲットのみを使用して成膜）を成膜した平板Ｍ’、を準備し、同様の試験を行った。結果を表２に示す。
【００５５】
［実施例６］
黒鉛ターゲットに印可する電力を変更して炭素量を調整した他は実施例１と同様にして、表２に示す組成の平板試験片（平板６−１〜６−７）を作製した。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
平板Ｍ’および平板Ｍの結果より、ＭｏＳ２からなる膜にＴｉを添加することにより耐摩耗性が大きく向上することが分かるが、炭素との複合化により、さらに耐摩耗性が向上することが分かった。特に、低摩擦複合膜が含有する炭素量が８０ａｔ％以下であれば、低摩擦係数を示し耐焼付き性に優れる本発明の低摩擦複合膜がもつ性質に加え、高い耐摩耗性を示した。低摩擦複合膜が含有する炭素量が６０ａｔ％以下であれば、高荷重である摺動条件下でも高い耐摩耗性を示した。
【００５８】
［４］低摩擦複合膜の観察
低摩擦複合膜Ｆ−１の断面観察を行った。透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図７および図８に示す。図７では、部品本体の表面上に複合膜Ｆ−１が形成されており、複合膜Ｆ−１が一層からなる均一な膜であることが確認された。また、図８は、図７の複合膜Ｆ−１の中央部における拡大写真であるが、層状の縞模様などは見られず、炭素が堆積した非晶質炭素層、硫化物が堆積したＭｏＳ２層、Ｔｉが堆積したＴｉ層の境界を確認することはできなかった。すなわち、複合膜Ｆ−１は、Ｃ、Ｔｉ、ＭｏＳ２が均一に分散したＭｏＳ２／Ｔｉ／ＤＬＣ複合膜であることがわかった。
【００５９】
また、電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）法による膜の厚さ方向の線分析の結果を図９に示す。図９の右図は、左図のスペクトル強度より求めた各成分の組成比を示す。図９によれば、Ｃ、Ｍｏ、Ｓのいずれの成分についても、分析位置によって大きな変動は見られなかった。したがって、複合膜Ｆ−１は、Ｃ、Ｔｉ、ＭｏＳ２が均一に分散したＭｏＳ２／Ｔｉ／ＤＬＣ複合膜であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の圧縮機用摺動部品の製造方法に用いられるスパッタリング装置の一例であって、装置の主要部を示す説明図である。
【図２】単体摺動評価装置を用いた摺動試験における試験時間に対する摩擦トルクの変化を示すグラフである。
【図３】単体摺動評価装置を用いた摺動試験終了後の斜板１およびその相手材であるシューの摺動面を撮影した図面代用写真である。
【図４】単体摺動評価装置を用いた摺動試験終了後の斜板４およびその相手材であるシューの摺動面を撮影した図面代用写真である。
【図５】単体摺動評価装置を用いた摺動試験終了後の斜板Ｃおよびその相手材であるシューの摺動面を撮影した図面代用写真である。
【図６】単体摺動評価装置を用いた摺動試験終了後の斜板Ｍおよびその相手材であるシューの摺動面を撮影した図面代用写真である。
【図７】摺動部品１（実施例１）の断面を観察したＴＥＭ写真である。
【図８】摺動部品１の断面を観察したＴＥＭ写真であって、図７の低摩擦複合膜Ｆ−１の中央部における拡大写真である。
【図９】低摩擦複合膜Ｆ−１の断面において、厚さ方向に線分析を行ったＥＥＬＳの分析結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
１０：ターゲット固定手段
１１：炭素ターゲット
１２：硫化物ターゲット（ＭｏＳ２ターゲット）
１３：金属ターゲット（ＴｉターゲットまたはＣｒターゲット）
１４：硫化物ターゲット（ＭｏＳ２ターゲット）
１６〜１９：マグネトロン
２０：部品保持手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007217768.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【図９】
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